小型液压挖掘机工作装置的参数化设计及仿真分析

论文摘要

液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械,作为工程机械的主力机种。由于液压挖掘机具有多品种,多功能,高质量及高效率等特点,因此受到了广大施工作业单位的青睐,其生产制造业也日益蓬勃发展。通过查阅国内外挖掘机发展状况的资料,了解到国外著名厂家的液压挖掘机在设计方法上重视试验研究工作,重视电子计算机技术的应用,而国内的厂家则更多的停留在测绘仿制阶段,系统的计算机辅助设计应用还不够广泛,不够成熟。本文在此方面展开研究,完成了一套用于挖掘机工作装置设计的计算机辅助设计方法。首先,以UG三维建模软件为平台,使用UG/Open API和UG/Open Grip等工具开发出工作装置参数化设计模块,在用户自定义界面中输入基本参数后,便可快速建立工作装置各部件的模型。其次,对参数化建模得到的各部件模型进行装配,将装配后的模型导入到ADAMS软件中进行运动学、动力学仿真。通过控制挖掘机工作装置动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的运动可完成各种挖掘轨迹。进行挖掘机包络曲线的挖掘过程仿真,可以得到最大挖掘高度,最大挖掘深度等工作尺寸参数。最后,通过经验公式计算得到载荷,将其施加在铲斗齿尖上,便可在ADAMS中进行动力学仿真,并将仿真得到的载荷文件导入到ANSYS软件中,作为有限元分析的边界条件,进而提高了有限元仿真分析的精度及自动化程度,实现了ADAMS和ANSYS软件之间的联合仿真。为验证仿真分析的正确性,本文将矩阵法应用在工作装置的机构分析中,计算所得结果与仿真结果基本一致,说明仿真分析的正确性。为提高仿真精度,本文将工作装置中的关键部件柔性化,考虑构件在受力情况下的弹性变形,在ADAMS中进行柔性体动力学仿真分析。本文使用了UG、ADAMS和ANSYS这3个工程类软件,实现了挖掘机工作装置的计算机辅助设计,它可以提高产品的开发效率,缩短产品设计周期,提高产品质量和可靠性,从而能产生较为明显的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出背景
• 1.2 小型液压挖掘机概述
• 1.2.1 小型液压挖掘机的定义
• 1.2.2 小型液压挖掘机的主要生产企业
• 1.2.3 小型液压挖掘机的发展方向
• 1.3 挖掘机的研究发展情况
• 1.3.1 国外的研究发展情况
• 1.3.2 国内的研究发展情况
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 第2章 挖掘机的介绍及仿真平台开发概述
• 2.1 液压挖掘机的基本组成及工作原理
• 2.1.1 液压挖掘机的组成
• 2.1.2 液压挖掘机的工作原理
• 2.1.3 挖掘工况分析
• 2.2 液压挖掘机的主要性能参数及设计要求
• 2.2.1 液压挖掘机的主要参数
• 2.2.2 液压挖掘机设计要求
• 2.2.3 液压挖掘机的参数设计方法
• 2.2.4 市场上小型液压挖掘机参数分析
• 2.3 挖掘机仿真平台开发概述
• 2.3.1 仿真平台产生的背景
• 2.3.2 仿真平台的开发思路
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于UG的工作装置参数化建模
• 3.1 产品的设计与参数化设计
• 3.1.1 产品设计概述
• 3.1.2 参数化设计概述
• 3.2 参数化建模平台
• 3.2.1 UG二次开发平台
• 3.2.2 UG二次开发工具
• 3.2.3 UG参数化设计方法
• 3.3 工作装置参数化建模
• 3.3.1 动臂斗杆的结构种类
• 3.3.2 工作装置的结构参数
• 3.3.3 建模过程
• 3.3.4 菜单和对话框设计
• 3.3.5 参数化建模的具体实现
• 3.4 工作装置的装配
• 3.5 本章小结
• 第4章 工作装置运动轨迹及受力仿真分析
• 4.1 仿真分析平台环境
• 4.1.1 仿真平台的选择
• 4.1.2 仿真模型的建立
• 4.2 工作装置运动轨迹仿真分析
• 4.2.1 工作装置运动副分析
• 4.2.2 部件干涉分析
• 4.2.3 运动轨迹仿真结果
• 4.3 矩阵法计算运动轨迹
• 4.3.1 矩阵法基本原理
• 4.3.2 工作装置坐标系建立
• 4.3.3 铰点坐标求解
• 4.3.4 对比分析
• 4.4 工作装置铰点受力分析
• 4.4.1 载荷的计算
• 4.4.2 仿真的实现
• 4.4.3 受力仿真分析结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 工作装置的结构强度分析
• 5.1 强度计算方法选择
• 5.2 基于ANSYS和ADAMS联合仿真分析
• 5.2.1 联合仿真的优势
• 5.2.2 联合仿真的具体实现过程
• 5.3 斗杆强度分析
• 5.3.1 柔性体文件的生成
• 5.3.2 柔性体受力仿真分析
• 5.3.3 载荷文件生成
• 5.3.4 求解及结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文